Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Многоаспектная идентификация характера мусонных периодов в Судано-Сахельской зоне и прогноз главных компонентов среднемесячных полей осадков

ВАК РФ 11.00.09, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Многоаспектная идентификация характера мусонных периодов в Судано-Сахельской зоне и прогноз главных компонентов среднемесячных полей осадков"

ГОСУДАРСТВЕННОЙ КОМИТЕТ ГОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ

Российский государственный гидрометеорологический институт

Многоаспектная идентификация характера муссонных периодов В Судано-Сахельской зоне и прогноз главных компонентов среднемесячных полей осадков

(11.00.09 - Метеорология, климатология, агрометеорология)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

УДКБ51.577.38+551.553.21

Санкт-Петербург 1996

РаЗота выполнена на кафедре метеорологических прогнозов Российского государственного гидрометеорологического института

Научный руководитель:

кандидат физико-математических наук , Репинская Р.П..

Официальные оппоненты:

доктор географических наук, профессор Кондратович К.В.

доктор географических наук Угрюмов А.И.

Ведущая организация: Главная геофизическая обсерватория им. А.И.Воейкова

Защита диссертации состоится "13" июня 1896 г. в 15 ч. 30 мин. на заседании Специиализированного Совета К.063.19.01 Российского государственного гидрометеорологического института.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского государственного гидрометеорологического института

Автореферат разослан юде г.

Ученый секретарь (/

диссертационного Совета РГГМИ (/^лУ)

кандидат физико-математических наук, доценту^^ Ецикеева В.Д

г

Общая характеристика работы

Актуальность теш. Из всех характеристик погоды и климата в Северной Африке (СА) и особенно в Судано-Сахельской зоне (ССЗ), важнейшее значение имеют атмосферные осадки и другие составляющие водного баланса, так как режИм увлажнения здесь отличается крайней неустойчивостью, резкими колебаниями и изменчивость»). Экстремально высокая изменчивость годовых, сезонных и месячных осадков и продолжительные, не периодические засухи, нередко приобретающие характер экологических катастроф, - характерные черты климата в ССЗ.

В 50-х годах был обнаружен устойчивый тренд уменьшения осадное в Сахелн. Поэтому уже более 40 лет к ССЗ приковано внимание ученых всего мира, и любое серьезное исследование, направленное на поиск физико-метеорологических факторов, генерирующих засухи, и их предсказание, а также на тщательное изучение пространственно- ' временной структуры полей осадков, является актуальным.

Цель и задачи диссертационной работы заключаются в следугда.г идентификация характера предстоящего муссонного периода по местоположению внутри'тропической зоны конвергенции (ВЗК) в предмус-сонный период (апрель) над Северной Африкой; идентификация характера предстоящего муссонного периода по среднемесячный,! оценим главных компонент (ГК) среднемесячного приземного давления б предмуссснный период над Атлантико-Африканскпм сектором тропиков СААС), охватывающим Северную Африку ССА) и всю тропическую Атлантику; идентификация характера предстоящего муссонного периода по ГК полей среднемесячной температуры воздуха над тропическими сиротами Северного полушария (0-30°с.ш.) в предмуссоншш период (апрель); диагностическая идентификация характера муссонного периода (с детализацией по месяцам) на основе параметров разложения среднемесячных полей осадков над ССЗ; разработка и реализация авторегрессиошшх моделей прогноза (ГК) среднемесячных осадков на муссонные месяцы для ССЗ.

Научная новизна связана: с описанием хода осадкоосразук-:цнл процессов в течение муссонного периода ГК; с идентификацией ха-

f'íiKTepa иуссонного периода по местоположению 63К, по ГК среднемесячных полей температуры и приземного давления в апреле; с построением адаптивного алгоритма и его реализацией с целью прогноза ГК осадков.

Практическая значимость работы. Разложение полей метеовеличин по ЭОС позволяет решить широкий спектр задач, стоящих перед тропической метеорологией. Реализован прогноз главных компонентов полей среднемесячных осадков для СС8 на основе авторегрессиоинй-го подхода и нелинейного метода наименьших квадратов по Боксу и Дленкнксу. Он может быть применен к любой метеовеличине.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы догладывались на Итоговой сессии Ученного Совета FITl.ïl б январе 1095 г. и на расширенном научном семинаре кафедры метеорологических прогнозов (07 марта, 1996 г.) РГГШ. По результата,« выполненной диссертационной работы имеются две публикации, одна из них в журнале " Метеорология и гидрология ".

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из.введ*-' нил, 5 глав, заключения, списка литературы и приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

fío введении обосновывается актуальность теш, излагаются цели и задачи диссертационной работы.

В первой главе рассматриваются определения тропической зоны и особенности циркуляционного режима атмосферы в- ней. Атмосферные процессы в тропиках с присущими им особенностями развития влияют на всю атмосферу Земли, так как эта зона является основным источником влаги, тепла и количества движения.

Рассмотрены физико-географическое положение, рельеф и климат Судано-Сахельской зоны. Она лежит к югу от Сахары приблизительно меаду 7-23° с.и. и простирается от берегов Атлантики (19° з.д.) до реки Нил (34° в.д.). Северные и южные границы региона подвижны и очерчиваются изогиетами соответственно от 100 до 200 мм и от 400 до 750 мм осадков в год.

Климат ССЗ субэкваториальный, муссонныи. Зимой действует северо-восточный пассат, летом юго-западный муссон, с которым поступает влажный экваториальный воздух и выпадают осадки.

На территории ССЗ выделяются три крупных климатических зоны: Сахарская ( в северных районах), Сахельская ( 16-17° с.ш.) и Суданская (в южных районах).

Для Сахарской зоны характерны: малое количество осадков, сухость воздуха, ясное небо и высокие температуры днем. Для Суданской области характерна облачная погода, высокая влажность, выпадение большого количества осадков. В Сахельской зоне наблюдаются значительные колебания осадков (их выпадает около 250 мм/год), большая сухость воздуха, незначительная облачность.

В главе Й дано краткое определение муссонов и представлены сведения о региональных муссонных циркуляциях над Северной Африкой, излагаются особенности.западно-африканского муссона и его отличия от икдоокеанского муссона.

Муссоиная циркуляция обусловлена в основном тепловыми различиями между материками и ркеанами. Она имеет место в любой части земного шара, где создаются разности температуры между сушей и морем. Западно-африка;(ский летний муссон вызван по существу переходом на юго-западное направление юго-восточного пассатного ветра, который, пройдя над океаном 3000-4000 км, пересекает экватор и широким потоком достигает Западной Африки. &тот муссон приносит большую часть годовых осадков.'

К физико-метеорологическим факторам, ответственным за интенсивность западно-африканского муссона, относятся: мощность и пространственная миграция азорского и южно-атлантического анти-цшиюнов и интенсивность сахарской депрессии; температура поверхности океана в тропической Атлантике, особенно к югу от экватора, к вариациям которой муссон чрезвычайно чувствителен; слабое восточное струйное течение в верхней тропосфере и африканское восточное струйное течение вблизи поверхности 700 гПа, способствующие низким осадкам в Северной Африке; интенсивность западного переноса в средних широтах Северного полушария.

Летом Северного полушария над Северной и Центральной Африкой в нижней и средней тропосфере развивается многсцентровая депрессия. В этот период над большей частью Восточной Африки развивается летняя муссоннач циркуляция, являющаяся региональным следствием глобальной сезонной перестройки тернобэрическик полей нмд всем земным иаром. Над Гвинейским заливом и Западной Африкой на

поверхности 850 гПа в июле интенсивность муссонного переноса существенно уступает муссону Индийского океана, средняя скорость западных ветров здесь не превышает 4 м/с.

Исследования показывают, что муссоны в равной степени определяют как атмосферные, так и гидрологические условия и являются основными фактором, формирующем характерную систему течений се-веро-&ападной части Индийского океана и восточной части Тропической Атлантики.

Климатические осадки в Африке и Индийском океане для июня, июля и августа показывают , что основные особенности наблюдаемого распределения осадков таковы: наличие обильных осадков в Африке, связанное с положением ВЗК; с другой стороны, область с минимальными осадками наблюдается вдоль восточного побережья Африканского континента.

Влагооборот в атмосфере в области муссонной циркуляции определяется тремя факторами; интенсивностью испарения с подстилающей поверхности, осадками и крупномасштабным переносом с океана на материк. Основным источником влаги над Восточной Африкой в период летнего муссона служит Индийский океан. Сравнительно неглубокое проникновение индоокеанской Благи в глубь Африки определяется циркуляционными и орографическими факторами.

В главе 3 рассматриваются аналитические методы описания полей метеоьеличин на больших территориях. Одна из задач аналитического представления метеополей заключается в сокращении объема обрабатываемых числовых рядов без существенной йотери информации. Эта цель может быть достигнута путем разложения данного поля ' в ряды по классическим ортогональным полиномам и рассмотрением коэффициентов разложения. При разложении поля на ограниченной территории применяются полиномы Чебышева, тригонометрические ряды Фурье и сферические функции. Недостатком разложений по классическим многочленам является их искусственность, необходимость учета большого числа слагаемых. В качестве базисных функций в данной работе используется эмпирические ортогональные составляющие (ЭОС), поэтому рассматривается теория метода ЭОС и его■ использование для решения метеорологических задач.

При разложении случайных полей по ЭОС атмосферные процессы, представляющие собой суперпозицию возмущений различных прост-

б

ранственно-временных масштабов, аппроксимируются рядом п

fiXi.yi.tk) = Z Т3ак) Е^ХьУ!).

1-1

Здесь порядковый номер члена ряда; ^ - момент времени, к которому относится рассматриваемое случайное поле; хь У; - координаты расчетных узлов на двумерном множестве точек; 1=1,?.,..п (п - размерность базиса); Е^(хь У1) - базисные функции; ТПи.) - коэффициенты разложения (главные компоненты), описывающие эволюцию (размах) естественных колебаний Е(Х1, у4) при переходе от одной синоптической ситуации, включенной в выборку, к другой;

к-1,2,- _____ п - номер синоптической ситуации в исходной выборке

случайных полей.

Преимущества метода ЭОС состоят в том, что он позволяет построить статистически'оптимальный базис, а описание сложных атмосферных процессов представить в виде совокупности естественных колебаний (ЕЮ и описать основную долю дисперсии случайного поля небольшим числом членов ряда. Аппроксимация полей в рядами по ЭОС позволяет выделить наиболее интенсивные и крупномасштабные элементарные колебания типа стоячих волн. Эти колебания оказываются, как правило, наиболее устойчивыми во времени.

Среди прикладных задач, для решения которых целесообразно использовать метод ЭОС, особое место занимает задача физико-ста-тистпческого прогноза. Использование метода ЭОС дает возможность значительно пополнить систему консервативных предикторов.

В главе 4 приведены^ общие сведения о распределении осадков по территории ССЗ; физико-метесрологические факторы, формирующие засушливые периоды в ССЗ; исследование 63К над ССЗ в течение года и ее местоположение в сухие и влажные муссонные периоды.

Известно, что отличительной чертой режима осадков в ССЗ является его крайная неустойчивость, резкие колебания и изменчивость. Наблюдается большая неравномерность пространственного распределения^осадков. Интенсивность локальной конвергенции влаги для муссонных осадков, столь же важна, как и перенос годянсго пара с океана в Западную Африку.

В Боне встречи муссона с харматаном осадки сопровождаются бурными ливнями, а южнее в зоне муссона они носят характер теплых

гроа. На Гвинейском побережье наиболее интенсивные осадки выпадают .в местах с повышенным рельефом и у Бападных склонов гор. В подавляющем большинстве случаев для интенсивных 8асух характерно уменьшение повторяемости зональной циркуляции и увеличение повторяемости меридиональной циркуляции внетропических широт. Трансформация воздушных масс в определенных циркуляционных условиях при наличии нисходящих движении объясняет природу заетх. Нарушение связи между изменениями меридиональных составляющих скорости ветра юго-восточных пассатов и муссонов Гвинейского залива. в результате которого наблюдается одновременное ослабление пассатов и муссонов, возможно, является причиной васух в ССЗ.

Рассматривается идентификация характера муссонных периодов по местоположению БЗК в предмуссонный период. Исходной информацией для исследования послужили ежедневные положения БЗК в апреле, снятые с карт ва 1070-1990 гг. на восьми меридианах от 50° з.д. до 20°в.д. и от 30°8.д. до 40° в.д. с шагом 10° по долготе за все месяцы года за 6 лет (1086-1991 гг.).

В течение апреля ВЗК претерпевает большие изменения. Наибольшая амплитуда наблюдается б среднем над Африканским материком (особенно на меридианач 10°з.д.-10°в.д.), наименьшая - над Атлантикой. Весьма распространённым является мнение о том, что в засушливые годы БЗК задерживается южнее обычного, однако это мнение разделяют не все исследователи.

Чтобы сделать вывод о том, связаны ли смещения ВЗК в весенне -летний период к северу или к югу с засухой либо с избыточным увлажнением, нами проведено сравнении положений ВЗК в эти периоды. С этой целью из ряда наблюдений были составлены два каталога: первый включает годы катастрофических засух (1972-1973, 1932-1985 гг.). второй относительно благоприятные по условям увлажнения годы (1974-1975 гг., когда в среднем осадков было лишь на 10-15% ниже нормы, и 1986-1988 гг.). Обнаружено, что среднее многолетнее положение ВЗК в апреле для сухих лет оказывается 'более северным, чем для влажных лет; во влажные годы ВЗК формируется заметно южнее, чем ь сухие годы. Проведены исследования миграции БЗК в остальные месяцы года. Результаты исследования дают основание утверждать, что важна не столько северная■граница проникновения ВЗК летом на континент, но, в первую очередь, ин-

тенсивность БЗК, а также ее положение в предмуссонный период, определяемое эволюцией субтропических антициклонов в переходный период от сухого сезона к дождливому.

Выбор апреля, как основного "носитечя предыстории", учет которой важен для идентификации характера мусссшшх периодов, обусловлен следующими соображениями: , над Северной Африкой отрог азорского антициклона, разрушается и отступает в районы Средиземноморья, что приводит к миграции ВЗК к 6-7° с.ш. на Еостоке Атлантики и к 10-12° с.ш.' над Западной Африкой. Однако на востоке материка БЗК проходит по 5-7° с.ш., поскольку пассат проникает до верховьев реки Пил и оттесняет Аравийское течение от Абиссинского нагорья; анатиз положения ВЗК за кавдый день апреля 1970-1983 гг. показат , что на материке (15° з.д.-40° в.д.) в некоторые годы в отдельные дни наблюдается необычайно глубокое проникновение ВЗК (севернее 16° с.ш.). Над центральной частью Сахели (10° з.д.-10° в.д.) ВЗК нередко проникает до 18-20° с.ш.; в поясе 10-20° с.ш. апрель и май самые жаркие месяцы года: средняя максимальная температура воздуха может превышать 40-50°. В результате сильного нагревания материка уже в апреле поле высокого давления в Субсахарской зоне Судана сменяется обширной приземной термической депрессией (на высоте 2 км она уже не прослеживается), втягивающей в себя воздух ns более прохладных районов. Большая полуось Сахарской депрессии уже весной может располагаться между 18-20° с.ш. и является зоной конвергенции экваториального западного течения и северо-восточного пассата; в нижней тропосфере в апреле южная полоса субтропических антициклонов несколько усиливается и распространяется к сеЕеру, а северная полоса высокого давления становится размытой. В Северном полушарии в апреле начинается медленная перестройка и высотного термобарического поля, а к исходу мая его структура приобретает летний характер. Однако лишь в июле в результате сильного прогрева континентального воздуха в нижней тропосфере пояс cuco-, кого давления над Африкой разрывается и гребень азорского антициклона отступает еще севернее. Вслед га ним смещается и КЖ. (иногда до 25° с.ш.). В это время происходит существенное усиление южно-атлантического антициклона и его миграция к северу (иногда до 26° ю.ш.) и в сторону Гвинейского залива.

Таким образом, именно к исходу апреля Формируются фундаментальные особенности "стартового положения" западного-африканского муссона, что дает основание считать термобарический режим в этом месяце одним из важных идентификаторов засух в ССГЗ.

Длл идентификации "влажностного характера" муссонных периодов в ССЗ по ГК приземного давления над Атлантико-Африканским сектором (ААС) были подготовлены поля ежедневного давления над ААС для апреля, заданные в 61 точке, достаточно равномерно заполняющих область исследования, за период с 1969 по 1985 гг.; выполнено разложение полей давления в ряды по.ЭОС. При этом генеральная выборка была разделена на три подмножества так, чтобы две соседние даты в каждой из них отстояли одна от другой на трое суток с целью исключения влияния инерционности атмосферных процессов на спектр пространственной корреляционной матрицы; получены средние за месяц оценки ГК, первые две из которых использовались для решения задачи идентификации характера муссонных периодов.

Второе естественное колебание (ЕК или главная мода) в полях давления над ААС только в апреле представляет собой четко выраженный диполь. Положительная пучность его локализуется над Сахарой и отражает эволюцию сахарской депрессии, а отрицательная двухлитровая пучность- над Атлантикой, один из центров, которой располагается над Гвинейским заливом, более холодным, чем материк, а другой, более мощный,- южнее экватора, над западной частью Тропической Атлантики и востоком Бразилии. Следовательно, доминирующая причина существования второго Ек над ААС наиболее выпукло проявляется в апреле и заключается в чередовании материков и океанов с их специфической конфигурацией и большими температурными контраста.«! на подстилающей поверхности. Именно второе ЕК является колебательной системой западно-африканского муссона.

Первое ЕК, отражающее корреляционные особенности среднего поля давления,- это положительная пучность, охватывающая весь ААС, с максимальными сеточными оценками ЭОС в центре Атлантики. Оно -характеризует интенсивность процессов, перемещающихся с океана на материк. Такие процессы способствуют проникновению влажного прохладного морского воздуха в глубь Африки и формированию осадков. Из анапиза среднемесячных оценок первых двух ГК давления (РьР?,) лля апреля за период 1969- 1985 гг. следует: большие от-

рицателыше значения Pi в ал реле имеют место в годи катастрофических засух в ССЗ. Такой вывод вполне реалистичен, поскольку анализ фактической погоды, формирующейся на различных фазах первого ЕК, показал, что при Рр>0 над Северней Африкой, как правило, резко активизируются процессы различных пространственно-временных масштабов. Так, при Pi>>0 и Рг << О КЗ К мощная, исключительно динамичная волнистая полоса глубокой конвекции, которую заполняют тропические возмущения. При Pi<<0 и ?'?>> О степень активности атмосферных процессов мала; ВЗК - сильно размытая полоса затияья, конвекция практически исчезает полностью.

В задаче идентификации характера муссонных периодов по ГК приземных полей среднемесячной температуры воздуха исходными дайны-' ми послужили значения температуры, заданные на пространстве тропиков Северного полушария (от 0 до 30° с.ш.) в узлач широт-hq-долготной'сетки 5 х 10°. Выборки включали данные за 102 гойа (1890-1992 гг.). Из результатов аппроксимации полей рядами по 80С использовались ГК за 1969-1992 гг. ' для апреля. Наиболее влажным в ССЗ в указанный период был 1988 г. Для этого года средние значения первого и второго ГК'в апреле равны 27.7 и 84.0 соответственно. Для наиболее сухих лет (1973 г. ;; 1983 г.) оценки названных ГК в апреле равны 42.3 (Ti), 80.2 (Ts) и 42.6 (Ti), 91.5 (Тг). При Ti<30 и Тг<80 над Северной Африкой'наблюдается влажный муссонный период, а при Ti>40 и Тг>90 - сухой. Таким образом, по ГК полей среднемесячной температуры воздуха идентификация экстремальных засушливых муссонных периодов возможна.

В главе 5 рассматриваются: результаты аппроксимации полей среднемесячных суш осадков над Северной Африкой (CA) и' ССЗ ряда;«! по ЭОС для всех месяцев года; ■ анализ полей среднемесячных сумм осадков над CA; физико-метеорологическая интерпретация форм естественных колебаний среднемесячных осадков над CA; результаты разработки авторегрессионных моделей ГК среднемесячных полей осадков для ССЗ. ' ' ,

Исходным материалом для выполнения этой части работы послужили среднемесячные поля осадков за период 1915 по 1989 г., которые представлялись рядами по ЭОС (по своему базису для каждого месяца с целью исключения годового хода). Данные задавались в 55 точках (от 17°'з.д. до 39° в.д. и от 4.5° с.ш. до 37°с.и.). Ана-

логичным^ образом строились разложения для ССЗ по 38-мерному базису (от 17° в.д. до 33° в.д. и от 7.5° с.ш. до 23° с.ш.). Региональный базис включал еще 8 станций, не использованных при разложении по территории СА. В результате такого подхода ' выборки включали 900 среднемесячных полей осадков.

Рассмотрена точность сходимости аппроксимирующих рядов ЭОС с целью выявления границ между процессами различных пространственных масштабов (см. табл.1).

Таблица 1

Оценка сходимости разложений по ЭОС полей среднемесячных осадков

Месяц • I И III IV V VI VII VII IX X XI XII

Северная Африка

йх ОО Г! С-к. , Г 11.6 10,3 9,3 9,2 9,0 16,2 12„3 11,7 12,8 10,5 14,9

Кг 7,5 10,4 6,7 6,5 7,6 7,2 7,7 7,7 6,3 • 8,5 7,8 11,9

Еэ б.З 6,3 6,3 6.9 6,7 '6.5 5,3 5,7 5,5 6,0 6,8 7,0

Г?4 5,6 5,9 5.7 5,3 6,1 5,3 4,9 5,2 5,3 5,2 5,9 6,3

Кб 4,8 5,7 5,3 4.7 5,1 5,0 4,7 5,0 5,0 4,6 4,7 5,0

4,0 4,5 4.6 4,3 4,5 4,5 4,3 •4.6 4,5 4,4 4,6 4,5

Судано-Сахельская зона

Кг 19,9 13,5 13,7 16,0 14,8 12,4 12,2 18.4 18,0 21,5 15,6 21,5

Рг 8,3 11,5 10,0 6,7 8.8 7,0 7,8 6,7 7,0 7,6 11,2 18,4

1*3'' 7,4 с.з 7,3 6,6 7,4 6,3 6,4 6.4 5,4 6,9 7,4 10,7

1?4 6,6 7,8 6,3 5,6 6,0 6,0 5,8 5,7 5,1 5,7 6,2 6,2

Кб 6,2 7,4 6,1 5,3 5,2 5,0 4,8 5,2 5,1 5,3 5,4 4,8

Кб 5,4. 5,3 5,6 5,1 4,9 4,6 4,6 4,8 4,3 4,8 5,2 4,2

5.2 4,7 4,8 4.6.. ...4,6 4,3 4,2 4,2 4,0 4,6 4,4 4,0

Ра 4,1 4 »-» • 4г' 3,8 4,3 4,0 4,0 3,8 4.0 3,9 3,8 4,1 3,8

Из табл. 1 видно, что сходимость рядов разложений для СА в крупномасштао.-юм'аспекте имеет четко выраженный годовой ход. Во всех месяцах года имеется четкая граница между первыми и вторыми ЕК (между планетарными и синоптическими), что свидетельствует о доминирующей в смчсле дисперсионной нагрузки роли планетарной компоненты в'формировании режима осадков и подтверждает справедливость указаний многих исследователей на зависимость осадков в ССЗ от процессов планетарного масштаба. Однако разделить синоптические и мееометеорологические процессы по их вкладу в дисперсию

выборки практически не представляется возможным.

Дисперсионная нагрузка мезомасштабных процессов з полях,осадков над СА может превышать VOZ. Зтот факт говорит о доминирующем влиянии таких ЕК на формирование регионального режима осадков и объясняется тем, что основная дисперсия полей ежедневных, осадков, ■ формирующих месячные и годовую нормы, на востоке Африки обусловлена господством в течение всего года более однородных сухих воздушных масс (ВМ), чем ВМ атлантического происхождения, и значительно меньшей вариабельностью процессов синоптического масштаба, чем это имеет место на западе континента.

Над ССЗ бо всех месяцах года первое ЕК в полях осадков описывает более 12% дисперсии. Экстремальные оценки вкладов ЕК таковы: Rimax - 21.5% (октябрь), i?imln = 12% (июнь,июль). Анализ вкладов ЕК в дисперсии выборок для ССЗ показывают, что граница между первым и вторым ЕК прослеживается в течение всего года. Сходимость рядов разложения полей осадков для ССЗ во всех месяцах года, как правило, более высокая, чем для СА, что объясняется соотношением размеров территорий ССЗ и СА и большей однородностью региональных процессов в ССЗ. Исключение составляют июль и январь. В ¡голе RiCC3 » 12.2%,. a Rica - 16.2?-. С нашей точки эрения, это свидетельствует о том, что наиболее крупномасштабным осадкообразующим процессом, протекающим над СА, становится муссон. В январе имеет место аналогичная картина: RiCC3 - 19.27., Rica = 22%, т.е. региональные осадкообравующие процессы над ССЗ протекают на фоне более крупномасштабных и энергетически более мощных процессов, обусловленных пассатным циркуляционным механизмом, Формирующим планетарную моду осадков. Максимальный вклад в. дисперсию первое ЕК вносит в январе, когда практически вся территория СА охвачена северо-восточным пассатом.

Дана подробная физическая интерпретация форм ЕК среднемесячных осадков над СА. Излагается результаты прогноза ГК среднемесячных полей осадков в ССЗ на основе авторегрессионных моделей.

Математическое прогнозирование можно условно разделить на слё-' дующие этапы: выбор и обоснование структуры модели прогнозируе--мого процесса; идентификация модели; собственно прогнозирование. Общий вид авторегрессионйой модели можно записать в виде Tt=aiTt-i+a2Tt-2+----+apTt-p+ st .

где символы а! , а2,...,ар использованы для конечнога.набора весовых параметров; гх. - белый процесс. Такая модель называется процессом авторегрессии порядка р <АР(Р)>. В эквивалентной форме такой процесс можно записать в виде а(В)Т1= еь- Откуда вытекает, что Ть «= и, следовательно, процесс АР(р) можно интерп-

ретировать как выход ^ линейного фильтра с передаточной функцией а-1(В), на вход которого поступает белый шум.

Преимущество использования АР-процессов заключается в том, что они позволяют произвести параметрическую оценку спектральной плотности временного ряда методом максимальной энтропии. Поскольку параметры моделей оценивались нелинейным методом наименьших квадратов, то в работе реализован минимаксный подход;

Таблица 2

Оценка качества прогнозов первой, второй и четвертой главных компонент полей среднемесячных осадков для ССЗ

Главная компонента

1 О • 4

VI VII VIII IX VI VII- VIII IX ГУ1 VII VIII IX

6 30.0 96.4 161 63.9 100 54.7 90.0 76.0 52.0 82.2 78.2 55.6

с 0.72 0.82 1.50 0.49 о.ео 1.10 0.83 0.47 0.93 0.91 0.76 0.70

6 35. е 85.2 103 75.0 93.4 71.0 102 68.2 61.4 94.5 101 64.7

р О.б 0.6 0.8 1.0 0.2 -0.4 0.6 0.2 0.2 -0.2 -0.2 -0.2

Б табл.2 представлены результаты апробации моделей 14-го, 11-го и 2-го порядков соответственно для первого, второго и четвертого.глог-ных компонентов полей осадков над ССЗ. Для третьего ГК АР-модель оказалась нулевого порядка. Это означает: данное ЕК среднемесячных осадков в ССЗ является процессом белого шума и, следова^ел.1 чо, непредсказуемо.

Оценка качества прогнозов осуществлялась с помощью: средней абсолютной ошибки о, средней относительной опибки е, средней квадратической ошибки б, критерия оправдиваемости р.

Из табл. 2 видно: прогноз ГК полей осадков с нулевой заблаговременное™ на муссонные месяцы в основном успешен; с увеличени-

eis порядкового номера ГК уменьшаются пространственные масштабы и дисперсионная нагрузка естественных колебаний и, как следствие, ухудшается качество прогнозов по некоторым показателям.. В частности, прогноз четвертой ГК по параметру р- в июле-сентябре оказывается неудовлетворительным.

В заключении приведены основные результаты работы: '

1. По местоположению ВЗК в предмуссонный период (апрель) характер муссонного периода идентифицируется следующим образом: если ВЗК располагается на 1.5-2.0° широты южнее многолетней нормы, то предстоящий муссонный период будет влажным; в засушливые годы ВЗК проникает на материк гораздо севернее, чем во влажные годы. Только для сентября справедливо утверждение, что в сухие годы ВЗК располагается южнее, чем во влажные годы. В остальные муссонные.месяцы эта гипотеза не верна.

2. По главным компонентам среднемесячных полей температуры по всему тропическому- поясу Северного полушария характер муссона идентифицируется безошибочно, а именно: ' если в апреле первая главная компонента Ti < 30, а вторая Тг < 80, то муссонный период будет влажным, а если Ti > 40 и Тг > 60, то сухим.

3. По среднемесячным оценкам ГК ежедневных полей давления характер экстремальных муссонных периодов идентифицируется достаточно надежно: при Pi >> О и Рг << 0 муссонный период будет влажным, а при Pi << 0 и Рг >> 0 - сухим.

4. На основе параметров разложения полей среднемесячных осадков по ЭОС удается в диагностическом аспекте указать, каков был истекший месяц по количеству осадков, и тем самым уточнить каталог сухих и влажных месяцев в муссонный период ( июнь-сентябрь).

. 5. С' помощью синтезированных АР-моделей первая, вторая и четвертая главные компоненты полей среднемесячных осадков прогнозируются успешно. Используя эти модели как рекуррентные процедуры, можно увеличить заблаговременность прогнозов.

Основные результаты работы изложены в следующих публикациях:' ■■

1. Репинская Р.П., Вампа K.M. Идентификация Судано-Сахельских засух по главным компонентам давления в тропиках в предмуссонный период. - Метеорология и гидрология, 1Q94, IJ.3, с. 52-61.

2. Репинская Р.П., Вампа K.M. Об идентификации Судано-Сахель-сгах засух на основе главных компонент циркуляционного режима .в предмуссонный период//Тезисы докладов на Итоговой сессии Ученого Сове та РГГМИ. Санкт-Петербург 24-25 января 1995 г.

Ввмпа Коку Мефо Автореферат

Подписано в печать 25.04.96. Формат 60x84/16

II.л. 1,0. Тираж 100. Зак.

195196, СПб, Мялосхтин'ский пр. 98. РГГМИ

Тип. ВАС.